超彈性TiNbZr合金的設(shè)計(jì)與性能研究.pdf

1、本文以設(shè)計(jì)和研究由無(wú)毒元素組成的超彈性β型鈦合金為目標(biāo)，通過(guò)鈦合金的d電子合金理論設(shè)計(jì)一系列Ti-Nb-Zr(-Sn)合金，采用X射線衍射儀(XRD)、透射電子顯微鏡(TEM)、光學(xué)金相顯微鏡(OM)等設(shè)備，測(cè)試和分析組織結(jié)構(gòu)變化和變形機(jī)制；使用U型法和拉伸加載卸載測(cè)試評(píng)價(jià)合金的超彈性性能。
　　 Sn元素的添加能顯著提高固溶態(tài)合金的強(qiáng)度，且對(duì)塑性的影響較小。Sn具有比Nb和Zr更強(qiáng)的穩(wěn)定β相的作用。盡管所設(shè)計(jì)的合金均位于Bo-

2、Md圖中的亞穩(wěn)定β相區(qū)，但由于Sn強(qiáng)烈降低馬氏體轉(zhuǎn)變開(kāi)始溫度(Martensite transformation
　　 start temperature，Ms)，添加2at％ Sn的合金具有穩(wěn)定的β相。只有Ti-24at％Nb-2at％Zr和 Ti-24at％Nb-4at％Zr合金加載過(guò)程發(fā)生應(yīng)力誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變，具有一定的超彈性。通過(guò)U型法對(duì)573～1073 K退火的合金超彈性評(píng)價(jià)表明，573 K退火析出的少量ω相能顯著提高合

3、金強(qiáng)度，增強(qiáng)合金超彈性，但會(huì)導(dǎo)致塑性急劇降低。823 K退火析出的α相的彌散強(qiáng)化作用小于ω相，對(duì)提高合金超彈性貢獻(xiàn)很小。
　　 固溶后在573 K的時(shí)效過(guò)程中析出的富鈦ω相使得合金母相中β相穩(wěn)定元素含量提高，并對(duì)β相的切變產(chǎn)生機(jī)械阻礙作用。它的析出和生長(zhǎng)抑制{332}<113>孿晶和應(yīng)力誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變，使合金的變形機(jī)制逐漸由{332}<113>孿晶、應(yīng)力誘發(fā)馬氏體和滑移三種模式并存，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閼?yīng)力誘發(fā)馬氏體和滑移兩種模式共存，最

4、終轉(zhuǎn)變成僅有滑移存在的單一變形模式。
　　 時(shí)效過(guò)程中，富鈦的ω相的析出使合金Ms點(diǎn)降低，并能提高合金強(qiáng)度。強(qiáng)度和Ms點(diǎn)良好的配合使合金具有良好的超彈性。由于塑性變形和誘發(fā)α”相的殘留，當(dāng)累積的加載應(yīng)變超過(guò)6％時(shí)，固溶和短時(shí)間時(shí)效的合金回復(fù)應(yīng)變會(huì)隨加載應(yīng)變的增加而降低。經(jīng)一定的時(shí)間時(shí)效后，適量ω相抑制β相和α”相的塑性變形，避免α”相的殘留，使合金具有穩(wěn)定的超彈性性能。過(guò)量的ω相會(huì)抑制應(yīng)力誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變，超彈性性能降低。時(shí)效ω相

5、能顯著提高強(qiáng)度且對(duì)塑性的影響較小。Ti-24at％Nb-2at％Zr合金573 K時(shí)效7.2 ks后，楊氏模量為64.4 GPa，抗拉強(qiáng)度約為710 MPa，延伸率為14％左右，且具有穩(wěn)定的超彈性回復(fù)應(yīng)變(4.3％)。Ti-24at％Nb-4at％Zr合金573 K時(shí)效3.6 ks和7.2 ks后，楊氏模量約為61.5 GPa，抗拉強(qiáng)度在600～650 MPa之間，延伸率高于15％，并具有良好的超彈性性能。
　　 通過(guò)對(duì)固溶和時(shí)